Thyristor mit scheibenförmigem Gehäuse

Abstract

 GTO-Thyristoren weisen im allgemeinen viele kleine insel­förmige Emitterzonen auf. Die von den Emitterzonen nicht beanspruchte Oberfläche bildet das Basisgebiet und ist von einer Gateelektrode bedeckt. Zur Verringerung des la­teralen Spannungsabfalls in der Gateelektrode wird diese durch einen Kontaktring (21) kontaktiert, der über Federn (24, 28) an die Gateelektrode angepreßt wird. Der Kon­taktring sitzt zwischen dem Zentrum und dem Rand oder am Rand des Halbleiterkörpers auf der Gateelektrode auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor mit schei­benförmigem Gehäuse, bestehend aus einem Isolierring und zwei mit diesem verbundenen Deckplatten, mit einem Halb­leiterkörper, der katodenseitig mit mindestens einer Gateelektrode und mit mindestens einer Katodenelektrode versehen ist, mit einem Gateanschluß, der durch Feder­druck mit der Gateelektrode kontaktiert ist.

[0002] Ein solcher Thyristor ist beispielsweise in der DE-PS 22 46 423 beschrieben worden. Der Thyristor hat eine zen­trale Gateelektrode, die über eine zentral angeordnete Feder kontaktiert ist. Eine solche Anordnung ist zur Steuerung konventioneller Thyristoren weit verbreitet. Bei Einspeisung eines Steuerstroms breitet sich der Zünd­vorgang ausgehend von der der Gateelektrode gegenüberlie­genden Innenkante des Emitters nach außen aus, bis der gesamte Querschnitt des Halbleiterkörpers Strom führt.

[0003] Bei abschaltbaren Thyristoren, auch Gate-Turn-Off(GTO)­Thyristoren genannt, wird das Abschalten dadurch bewirkt, daß ein der Polarität des Steuerstroms entgegengesetzter Strom aus dem Halbleiterkörper abgezogen wird. Dieser Strom ist wesentlich höher als der zum Einschalten er­forderliche Strom und liegt in der Größenordnung von 1/3 bis 1/10 des Nenn-Laststroms. Fließt ein solch hoher Strom aus dem Halbleiterkörper radial zu einer zentral angeordneten Steuerelektrode, so wird unter dem katoden­seitigen Emitter ein hoher Spannungsabfall erzeugt. Er kann so hoch sein, daß der Außenbereich des Emitters in Vorwärtsrichtung vorgespannt bleibt und der Thyristor nicht gesperrt wird. Steigt in diesem Zustand die Anoden-­Katoden-Spannung am Thyristor wieder an, so kommt es zu einer erneuten Zündung des Thyristors.

[0004] Zur Vermeidung dieser Nachteile und zur Verringerung der Freiwerdezeit ist es bekanntgeworden, den Emitter eines GTO-Thyristors in kleine inselförmige Bereiche zu zerle­gen, die lediglich über eine gemeinsame Katodenelektrode elektrisch miteinander verbunden sind. Durch die feine Struktur werden die lateralen Spannungsabfälle unter den Emitterinseln so klein gehalten, daß die Speicherladung innerhalb kurzer Zeit ausgeräumt werden kann. Das heißt, daß mit einem solchen Thyristor annehmbar kleine Freiwer­dezeiten erreicht werden können. Ein Thyristor mit der erwähnten inselförmigen Struktur des Emitters ist z. B. in den "Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichten", Band 14 (1985), Nr. 2, Seiten 39 bis 44, insbesondere Bild 4, beschrieben worden. Hierbei nimmt die Gateelektro­de den von den Emitterinseln nicht beanspruchten Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein.

[0005] Da der Abschaltstrom eines solchen Thyristors verglichen mit dem Einschaltstrom relativ groß ist, kann es bei zen­traler Gateelektrode zu großen Spannungsabfällen in late­raler Richtung der Gateelektrode kommen. Daher wird die Gateelektrode beim GTO-Thyristor im allgemeinen an mehre­ren Stellen kontaktiert. Bei dem aus der oben erwähnten Zeitschrift bekannten GTO-Thyristor bietet sich eine ringförmige Fläche der Gateelektrode an, die zwischen einem ersten und einem zweiten, dazu konzentrischen Ring von inselförmig angeordneten Emitterzonen liegt.

[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen si­cheren und zuverlässigen Kontakt für einen Thyristor der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, dessen Halblei­terkörper eine Gateelektrode mit mindestens einem ring­förmigen Bereich aufweist.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der katodenseitigen Deckplatte oder in einer zwi­schen dieser Deckplatte und dem Halbleiterkörper angeord­neten metallenen Zwischenplatte auf der dem Halbleiter­körper zugewandten Seite eine ringförmige Nut vorgesehen ist,
daß in der ringförmigen Nut ein metallener Kontaktring angeordnet ist,
daß der Kontaktring gegen die Nut isoliert ist,
daß zwischen dem Boden der Nut und dem Kontaktring minde­stens eine Feder sitzt, die den Kontaktring gegen die Gateelektrode drückt,
und daß der Gateanschluß elektrisch mit dem Kontaktring verbunden ist.

[0008] Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ansprüche.

[0009] Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und 3 Schnitte durch zwei verschiedene Ausführungsbeispiele eines GTO-Thyristors und die Fig. 2 eine Einzelheit aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

[0010] Der Thyristor nach Fig. 1 weist eine katodenseitige Deck­platte 1 und eine anodenseitige Deckplatte 2 auf. Diese Deckplatten dienen als Zuführungselektroden. Die Deck­platten kontaktieren einen Halbleiterkörper 3, der übli­cherweise auf eine Molybdänronde 4 auflegiert ist. Die Deckplatten 1, 2 sind über metallene Flansche 6, 7 mit einem Isolierstoffring 5 verbunden. Dieser besteht im allgemeinen aus Keramik.

[0011] Die Katodenelektrode des Halbleiterkörpers 3 ist mit 8 bezeichnet. Die Gateelektrode ist der besseren Übersicht­lichkeit halber nicht dargestellt, sie fällt zeichnerisch mit der katodenseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers 3 zusammen.

[0012] Die Gateelektrode ist an einer zentralen Stelle des Halb­leiterkörpers 3 durch eine metallene Kontaktscheibe 17 kontaktiert. Diese Kontaktscheibe sitzt in einer Sackboh­rung 14 der katodenseitigen Deckplatte 1. Gegen die Deck­platte ist die Kontaktscheibe 17 durch eine Isolierhülse 15 isoliert. Die Kontaktscheibe 17 wird durch eine oder mehrere Federn 16 an den zentralen Teil der Gateelektrode angepreßt. Die Federn 16 stützen sich dabei gegen den Bo­den der Sackbohrung 14 ab. Zur Isolierung der Kontakt­scheibe 17 gegen die Deckplatte 1 liegt zwischen den Fe­dern 16 und der Kontaktscheibe 17 ein Isolierstoffplätt­chen 18.

[0013] Die Kontaktscheibe 17 ist mit einer radialen Bohrung ver­sehen, in der ein Gateanschluß 10 z. B. durch Verlöten befestigt ist. Der Gateanschluß 10 ist über einen Teil seiner Länge mit einer Isolierstoffhülse 11 überzogen und führt durch einen Schlitz 9 in der Deckplatte 1 und eine radiale Öffnung des Isolierstoffrings 5 nach außen.

[0014] In der katodenseitigen Deckplatte 1 ist eine ringförmige Nut 20 vorgesehen, in der ein metallener Kontaktring 21 sitzt. Dieser Kontaktring sitzt auf einem ringförmigen Teil der Gateelektrode auf. Dieser ringförmige Teil kann am Rand des Halbleiterkörpers oder zwischen Rand und Zen­trum des Halbleiterkörpers liegen. Der Kontaktring 21 wird durch einen in der Nut 20 angeordneten konzentri­schen Isolierstoffring 22 zentriert. Dieser Ring kann, wie dargestellt, innerhalb des Kontaktrings 21 oder außerhalb angeordnet sein. Zwischen dem Boden der Nut 20 und dem Kontaktring 21 bzw. dem Zentrierring 22 ist eine Feder 24 angeordnet, die den Kontaktring gegen einen ringförmigen Bereich der Gateelektrode preßt. Als Feder kommt hier vorzugsweise eine mehrfach gewellte Feder­scheibe in Betracht, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Es ist auch möglich, eine ringförmige Tellerfeder zu verwen­den. Zwischen der Federscheibe 24 und dem Kontaktring 21 liegt zur Isolation des Kontaktrings gegen die Deckplat­te 1 eine ringförmige Isolierfolie 23. Die Anordnung nach Fig. 1 wurde so geschnitten, daß die Federscheibe 24 auf der rechten Seite am Boden der Nut 20 anliegt, auf der linken Seite jedoch am Kontaktring 21. Im Extremfall kann die Federscheibe 24 völlig plan verformt werden.

[0015] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Gateanschluß 10 elektrisch mit dem Kontaktring 21 verbunden. Es ist jedoch auch möglich, die Kontaktscheibe 17 und den Kon­taktring 21 über je einen besonderen Gateanschluß nach außen zu führen. Für beide Fälle weist der Isolierstoff­ring 22 einen Schlitz 25 auf, durch den der Gateanschluß hindurchgeht.

[0016] Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 im wesentlichen durch eine andere An­ordnung der für das Anpressen des Kontaktrings 21 be­stimmten Federn. Hier sind über den Umfang des Kontakt­rings 21 verteilte Federn 28 angeordnet. Diese belasten den Kontaktring über ein Druckstück 30, das gegen den Kontaktring durch eine Isolierfolie 21 isoliert ist. Zweckmäßigerweise sitzen die Federn 28 jeweils in einem Sackloch 27, dessen Durchmesser dem Federdurchmesser ent­spricht.

[0017] Der Kontaktring 21 und die Kontaktscheibe 17 sind wie­derum mit einem Gateanschluß 10 verbunden.

[0018] In den Ausführungsbeispielen ist die ringförmige Nut 20 in der katodenseitigen Deckplatte 1 angeordnet. Sie kann jedoch auch in einer metallenen Zwischenplatte liegen, die zwischen dem Halbleiterkörper und der Deckplatte 1 angeordnet ist.

Bezungszeichenliste

[0019] 

1, 2 = Deckplatte

3 = Halbleiterkörper

4 = Molybdänronde

5 = Isoloerstoffring

6, 7 = Flansch

8 = Katodenelektrode

9 Schlitz

10 = Gateanschluß

11 = Isolierstoffhülse

14 = Sackbohrung

15 = Isolierhülse

16 = Feder

17 = Kontaktscheibe

18 = Isolierstoffplättchen

20 = Nut

21 = Kontaktring

22 = Isolierstoffring

23 = Isolierfolie

24 = Feder

25 = Schlitz

27 = Sackloch

28 = Feder

30 = Druckstück

Ansprüche

1. Thyristor mit scheibenförmigem Gehäuse, bestehend aus einem Isolierring und zwei mit diesem verbundenen Deck­platten, mit einem Halbleiterkörper, der katodenseitig mit mindestens einer Gateelektrode und mit mindestens einer Katodenelektrode versehen ist, mit einem Gatean­schluß, der durch Federdruck mit der Gateelektrode kon­taktiert ist, dadurch gekennzeich­net,
daß in der katodenseitigen Deckplatte (1) oder in einer zwischen dieser Deckplatte und dem Halbleiterkörper (3) angeordneten metallenen Zwischenplatte auf der dem Halb­leiterkörper zugewandten Seite eine ringförmige Nut (20) vorgesehen ist,
daß in der ringförmigen Nut (20) ein metallener Kontakt­ring (21) angeordnet ist,
daß der Kontaktring (21) gegen die Nut isoliert ist, daß zwischen dem Boden der Nut (20) und dem Kontaktring mindestens eine Feder (24, 28) sitzt, die den Kontaktring gegen die Gateelektrode drückt,
und daß der Gateanschluß (10) elektrisch mit dem Kontakt­ring verbunden ist.

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Nut (20) und dem Kontaktring (21) über den Umfang der Nut verteilt mehrere Druckfedern (28) angeordnet sind.

3. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Nut und dem Kontaktring eine mehrfach gewellte Feder­scheibe (24) angeordnet ist.

4. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Kontaktring (21) durch einen konzentrischen Isolierstoffring (22) in der Nut (20) zentriert ist.

5. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß in der katodenseitigen Deckplatte (1) oder der zwischen dieser Deckplatte und dem Halbleiterkörper angeordneten metalle­nen Zwischenplatte auf der dem Halbleiterkörper zugewand­ten Seite ein zentrales Sackloch (14) vorgesehen ist, daß in dem Sackloch eine Kontaktscheibe (17) angeordnet ist,
daß die Kontaktscheibe gegen das Sackloch isoliert ist, daß zwischen dem Boden des Sacklochs und der Kontakt­scheibe mindestens eine Feder (16) sitzt, die die Kon­taktscheibe gegen die Gateelektrode drückt, und daß die Kontaktscheibe elektrisch mit einem Gateanschluß (10) verbunden ist.

6. Thyristor nach Anspruch 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß zwei Gateanschlüsse vor­gesehen sind, die durch das Gehäuse nach außen geführt sind und daß der Kontaktring (21) mit dem einen und die Kontaktscheibe (17) mit dem anderen Gateanschluß verbun­den ist.

7. Thyristor nach Anspruch 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß ein einziger Gateanschluß (10) vorgesehen ist, der durch das Gehäuse nach außen ge­führt ist und daß der Kontaktring (21) und die Kontakt­scheibe (17) mit diesem Gateanschluß (10) verbunden sind.

Zeichnung